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車銑複合數控車床工藝路線的設置

更新日期:2016-05-16 點擊次數:5870
 與常規數控加工工藝相比,複合加工具有的突出優勢主要表現在以下幾個方麵。
(1)縮短產品製造工藝鏈,提高生產效率。車銑複合加工可以實現一次裝卡完成全部或者大部分加工工序,從而大大縮短產品製造工藝鏈。這樣一方麵減少了由於裝卡改變導致的生產輔助時間,同時也減少了工裝卡具製造周期和等待時間,能夠顯著提高生產效率。
(2)減少裝夾次數,提高加工精度。裝卡次數的減少避免了由於定位基準轉化而導致的誤差積累。同時,目前的車銑複合加工設備大都具有在線檢測的功能,可以實現製造過程關鍵數據的在位檢測和精度控製,從而提高產品的加工精度。
(3)減少占地麵積,降低生產成本。雖然車銑複合加工設備的單台價格比較高,但由於製造工藝鏈的縮短和產品所需設備的減少,以及工裝夾具數量、車間占地麵積和設備維護費用的減少,能夠有效降低總體固定資產的投資、生產運作和管理的成本。
複合加工的關鍵技術    
盡管複合加工具有常規單一加工*的優勢,但實際上目前在航空製造領域裏車銑複合加工的利用率並未得到充分發揮。其關鍵原因在於車銑複合加工在航空製造領域的應用時間還比較短,適用於航空零件結構工藝特性的車銑複合加工工藝、數控編程技術、後置處理以及仿真技術尚處於摸索階段。為了充分發揮車銑複合加工設備的效能,提高產品的加工效率和精度,必須全麵攻克和解決上述關鍵基礎,並實現集成化應用。
    1、車銑複合加工的工藝技術    
與常規加工設備不同的是,一台車銑複合加工中心實際上相當於一條生產線。如何根據零件工藝特性和車銑複合加工的工藝特點製定合理的工藝路線、裝卡方法和選用合理的刀具是實現精密加工的關鍵。
      工序集中是複合加工zui為鮮明的工藝特點。因此,科學合理的工藝路線是提高車銑複合加工效率和精度的關鍵因素。在航空葉輪加工中,該加工中心具有突出的優勢。當采用棒料作為葉輪毛坯時,常規的葉輪加工工藝路線首先利用數控車床車削葉輪外部輪廓,然後精車加工基準;在此基礎上利用五軸數控加工中心進行開槽、粗加工、半精加工以及型麵和輪轂的精加工;zui後在五軸加工中心或鑽孔設備上進行孔加工。
車銑複合數控車床工藝路線的設置可采用如下方式:
主軸裝卡棒料→粗車葉輪外部輪廓→精車外部輪廓→五軸銑削開槽→流道粗加工→流道半精加工→流道精加工→鑽孔→背主軸裝卡→車削葉輪底部平麵→鑽孔。可以看出,一次裝卡即完成全部葉輪加工工序,加工效率及精度可以得到大幅提高。
      對於具有雙刀架的車銑加工中心,雙刀塔的設備都具有雙通道的控製係統,上下刀架可單獨控製,同步加工可以通過代碼中的同步語句來實現。為充分發揮設備的加工能力,可以在加工條件允許的前提下,通過雙刀架的同步操作實現零件的多個工序同時加工。可以通過上下刀架的同步設置,在粗車外形的同時完成內孔的粗鏜加工,從而進一步提高加工效率。通過上下刀架的同步運動,完成一係列孔的加工,不僅提高了加工的效率,同時還可以通過鑽孔軸向力的相互抵消來減少工件變形的影響。為實現這種功能,需要在前期工藝設計的時候對工藝方案進行係統深入的研究,確定工藝路線的串行和並行順序,並通過對加工程序的合理組合實現上述功能。 
     2、車銑複合數控車床加工的數控編程技術車銑複合加工技術的發展,也對數控編程技術提出了更高的要求,這也是製約車銑複合加工設備在實際生產應用中的一個瓶頸環節。由於車銑複合加工投入實際生產的應用時間較短,在沒有專業的複合加工解決方案的情況下,通常是利用通用CAM軟件規劃出部分加工程序,然後工藝人員再對程序進行手工整合,以滿足複合加工機床對加工程序的要求。這種解決方法對工藝人員的要求非常高。與傳統的數控編程技術相比,車銑複合數控車床加工的程序編製難點主要體現在以下幾個方麵。
     (1)工藝種類繁雜。對於工藝人員來說,不僅要能掌握數控車削、多軸銑削、鑽孔等多種加工方式的編程方法,而且對於工序間的銜接與進退刀方式需要準確界定。因此在進行數控編程時,需要對當前工序加工完成後的工序模型和加工餘量的分布有直觀的認識,以便於下一道工序的程序編製和進退刀的設置。
      (2)程序編製過程中的串並行順序的確定必須嚴格按照工藝路線確定。許多零件在車銑複合加工中心上加工時可實現從毛料到成品的完整加工,因此加工程序的編製結果必須同工藝路線保持一致。同時,對於多通道並行加工也需要在數控加工程序編製的過程中進行綜合考慮。可見,為實現的複合加工應該發展工藝-編程-仿真一體化的工藝解決方案。
      (3)對於車銑複合加工的某些功能,目前的通用CAM軟件尚不支持。與常規單台設備加工相比,車銑複合加工具備的機床運動和加工功能要複雜的多,目前的通用CAM軟件尚不足以*支持這些先進功能的程序編製,如在線測量、鋸斷、自動送料、尾座控製等。因此,利用通用CAM軟件編製出來的程序仍然需要大量的手工或交互的方式才能應用於自動化的車銑複合加工。
     (4)加工程序的整合。目前通用CAM軟件編製完成後的NC程序之間是相互獨立的,要實現車銑複合這樣複雜的自動化完整加工,需要對這些獨立的加工程序進行集成和整合。這種整合必須以零件的工藝路線為指導,首先確定出哪些程序是並行的,然後對不同工藝方法的加工順序進行確定,並給出準確的換刀、裝卡更換、基準轉化以及進退刀指令等。
      可以看出,車銑複合加工數控程序編製難度非常大,而目前的通用CAM軟件用於車銑複合加工仍然存在很多缺陷和不足。為彌補這些不足,在現有通用CAD/CAM軟件的基礎上開發適用於產品工藝和複合加工設備的編程係統是一種更為現實的解決方案。這一方麵降低了軟件購置的重複投資,同時也能避免由於編程平台不統一而造成的工藝知識不能重用、人員配置複雜等缺陷。
      3、車銑複合數控車床加工的後置處理技術
     與數控編程技術相對應,車銑複合加工由於工藝方法複雜、運動部件多等原因,從而對目前的後置處理軟件及技術提出了更高的要求。與常規數控設備相比,其後置處理的難點主要體現在以下幾個方麵。
      (1)不同工序間的銜接運動要求嚴格準確。由於在車銑複合設備上進行的加工工藝種類繁多,因此在當前工序加工完成之後必須及時、準確地完成加工方式、刀具、運動部件的自動切換,以保證加工過程的正確和安全。為了達到這個目的,一方麵要求設置合理的進退刀方式以及自動換刀、冷卻液開和停的時機,另外更為重要的是在進行當前工序加工時需要設定其他非運動部件所處的位置。這樣才能避免機床在換刀和加工過程中運動部件與非運動部件之間的碰撞,確保加工過程安全穩定。
     (2)需要對工藝順序和數控程序進行自動判定。由於複合加工中工藝路線相對較長,依靠人工去對後置完成後的NC代碼進行組織和集成不僅效率低而且也容易導致錯誤的發生。理想的解決方法是在後置處理過程中能夠對加工順序和刀位文件中蘊含的工藝方法進行自動判定,並能在後置處理完成後的NC代碼中自動保持。為此,數控編程完成後的刀位文件信息中不僅需要包含相應的工藝方法、刀位信息,還需要包含對應的加工順序、所采用的刀具種類和編號,這樣才能在後置處理的過程中達到工藝順序、工藝方法和刀具的自動判定。
      (3)不同加工方式的後置處理技術。車銑複合加工的後置處理程序不僅要求能夠實現多軸數控銑削、車削、鑽削加工的後置處理,還要能夠實現鋸斷、自動進料、尾座控製以及程序循環調用等功能,車銑複合加工的後置處理算法基本上囊括了現有數控加工所有工藝種類的後置處理方法,並且還要能夠實現不同加工方式之間的無縫集成和運動銜接。      
(4)控製係統先進功能的充分利用。目前用於車銑複合加工中心的數控係統都是非常先進的控製係統。這些先進的控製係統大都具備進給自動優化、刀矢平滑、*前瞻以及高速、高精度插補等先進功能。因此,必須要將這些先進數控係統的功能反映在後置處理階段完成的加工代碼中的合適位置,才能實現車銑複合加工設備效能的充分利用。
      (5)非切削功能的處理和調用。複合加工機床除了具備車、銑、鑽、鏜等切削功能外,還具備在各工序之間過渡所需的非切削功能,如自動送料、卸料、主軸對接、尾座控製等。在後置處理中需要將這些功能作為一個公用模塊供程序調用,調用的順序和時機需要根據工藝路線來確定。這些功能目前的後置處理軟件尚不能提供。
      4、車銑複合加工的仿真技術
航空數控加工技術車銑複合加工由於運動部件多、功能複雜,程序編製完成後的加工仿真就顯得尤為重要。由於我國航空製造廠車銑複合加工投入實際生產的時間較短,目前還沒有成熟的仿真應用技術,因此大部分廠家是通過試切加工來驗證和優化程序,這就導致工藝準備周期長、研製風險和加工成本高。
      為了提高車銑複合加工的應用水平和編程效率,必須大力推動仿真技術的應用。利用通用的數控加工仿真軟件實現車銑複合加工的仿真需要首先在仿真係統裏構建相對真實的機床環境,重點在於機床各運動部件之間的相對運動關係和幾何位置關係的建立。在此基礎上,建立加工過程中所采用的刀具庫及相應的刀具編號。然後配置機床設備的數控係統和數控程序的加工基準,並將後置完成的NC代碼載入仿真係統中,即可執行加工過程的仿真工作。與常規數控加工不同的是,有些功能(如多通道加工、尾座控製等)還需要通過宏功能的開發和定製來完成。
 

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